Беспроводные сенсорные сети

Большинство людей уже привыкло к компьютерным сетям. Сетям, где компьютеры соединены между собой кабелем. Но по прогнозам специалистов в ближайшем времени новые технологии позволят создавать самоорганизующиеся сенсорные сети, где различные датчики будут внедрены от холодильников, чтобы заказывать еду, до ключей, которыми мы открываем наши двери. Приоткрыть дверь в мир беспроводных сенсорных сетей мы попросили инженера электронщика Петра Сафира. Петр в своей работе, а работает он в институте физики Раках, Еврейского университета в Иерусалиме, использует различные беспроводные сенсорные сети, которые использует в исследовательской работе.

Петр, что такое беспроводные сенсорные сети?

Беспроводные сенсорные сети – это самоорганизующееся сеть, которая состоит из датчиков, которые соединяются в единую сеть посредством радиоканала. Сенсоры могут быть абсолютно разные, такие как датчик температуры, датчик движения или датчик влажности. Такая сеть может покрывать маленькую лабораторию, а может покрывать целый город. Главная особенность таких сетей — это ретрансляция данных от одного сенсора к другому без центрального управления и за счет этого такую сеть можно легко увеличивать.

Какие преимущества беспроводной сенсорной сети перед традиционной проводной?

Для использования традиционной проводной сети в большинстве случаев мы должны использовать дорогостоящее оборудование, такие как маршрутизаторы, точки доступа. Монтирование самих кабелей тоже стоит немалых средств и времени. Если мы разворачиваем самоорганизующуюся сеть нам не нужно дорогое оборудование.  Принцип сети достаточно простой. Сенсоры сами передают информацию друг от друга и нужна всего лишь одна точка доступа, чтобы передать всю накопившуюся информацию в интернет или на локальный сервер через сенсор, который ближе всего находится к этой точке доступа.

Какие стандарты существуют для развертывания беспроводных сенсорных сетей?

Наиболее распространенные технологии для развертывания беспроводных сетей это Bluetooth, ZigBee и Wi-Fi. В моей работе я в основном использую сенсоры, которые поддерживают стандарт ZigBee. ZigBee – это стандарт который описывает протоколы связи и совместимые устройства разных производителей для работы в беспроводных сетях. Стандарты ZigBee были разработаны ведущими фирмами по производству электроники, такими как Motorola, Texas Instruments и многими другими. ZigBee не рассчитан на передачу больших объемов информации. Но у ZigBee есть большие преимущества по сравнению с другими стандартами беспроводных сенсорных сетей:

·       ZigBee обеспечивает самовосстановление после обрыва связи в случае выхода из строя одного сенсора сети, строит новый маршрут передачи данных, что гарантирует доставку пакетов в случае обрыва связи.

·       Стандарт ZigBee позволяет шифровать данные, передаваемые внутри сети.

·       У сенсоров ZigBee и других устройств, установленных в беспроводной сети, очень низкое электропотребление, одной батарейки класса АА должно хватить до трех лет бесперебойной работы.

·       Совместимое ZigBee оборудование недорогое и в своем арсенале содержит большой выбор сенсоров.

Какое программное обеспечение устанавливается на беспроводные сенсорные сети?

Одна из операционных систем которую используют в сенсорных беспроводных сетях, это TinyOS. Это Open Source операционная система, рассчитанная для работы на устройствах с малым электропотреблением и для работы в реальном времени. Также существует операционная система LiteOS, разработчиком которой является фирма Huawey. В основном эту операционную систему устанавливают на сенсоры и устройства участвующие в построении технологии интернет вещей. Важная особенность этой операционной системы в том, что она позволяет обнаружить доступную сеть и автоматически подключить к ней ваш сенсор или устройство. Так же эта операционная система имеет категорию Open Source.

Как вы используете беспроводные сенсорные сети в вашей практике?

Я часто использую в своей работе беспроводные сенсорные сети, каждый раз я создаю сеть из определенных сенсоров для решения конкретных задач. После выполнения этой задачи сеть легко можно переконфигурировать для других целей путем добавления в сеть других сенсоров или устройств. Первичную обработку я выполняю на встраиваемой системе, которая выполняет также функцию точки доступа для сенсорной сети. В дальнейшем все данные, полученные в ходе какого-либо исследования, я передаю в облачное хранилище, где все данные я визуализирую в удобный формат для исследовательской группы, и что важно к облачному хранилищу могут подключиться ученные, которые непосредственно не присутствуют в лаборатории. К сожалению, не всегда я могу использовать беспроводные сенсоры в наших лабораториях, так как электромагнитное излучение довольно сильно влияет на ход эксперимента и искажает полученные данные и в этом случае мне приходится переходить на традиционное подключение с помощью кабеля.

Неоспоримое преимущество беспроводных сенсорных сетей в том, что они мобильные и не требуют особой установки, монтирования кабелей или другой формы физического подключения. Довольно часто в моей практике я встречаю случаи, когда я не могу ничего добавлять в лаборатории, тянуть кабели, например, по разным на то причинам, и тогда на помощь приходят беспроводные сенсорные сети. Такие сенсоры я могу установить на уже существующее оборудование и не менять базовые настройки. Также я могу добавить свои беспроводные сенсоры в уже существующий эксперимент, для того чтобы получить другие данные с одного и того же объекта эксперимента.

Какого типа сенсоры вы используете в своей работе?

Датчики позволяют регистрировать и передавать информацию о физическом состоянии или химическом составе, возможно форме или положении в пространстве. Большинство сенсоров, с которыми я работаю, имеют всю встроенную периферию такую как коннекторы, к которым я подключаюсь для программирования сенсоров. Но иногда приходится самому делать дизайн всего сенсора и его периферии.

Петр, кто программирует сенсоры?

Программный код пишу я в соответствии с техническим заданием. Большинство программного обеспечения я пишу на C/C++, но иногда для обработки и визуализации данных я использую Python.

Подводя итоги следует сказать, что в скором времени мы увидим в наших домах и на улицах наших городов множество различных беспроводных сетей, которые гармонично впишутся в нашу жизнь.

Автор материала: Эшель Власова